(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、Ｃ：０．０２０％以上０．１４０％未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下、Ｐ：０．００５％以上０．０３０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下、Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％未満、Ｗ：０．０５％以上１．００％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｓｎ：０．００５％以上０．２００％以下の１種または２種を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする耐候性に優れた構造用鋼材。
【請求項２】
さらに、質量%で、Ｃｒ：０．１％超え１．０％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐候性に優れた構造用鋼材。
【請求項３】
さらに、質量%で、Ｃｏ：０．０１％以上１．００％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．１６５％以下、Ｓｂ：０．００５％以上０．０５５％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．１０００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の耐候性に優れた構造用鋼材。
【請求項４】
さらに、質量%で、Ｔｉ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｖ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｚｒ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．０１００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の耐候性に優れた構造用鋼材。
【請求項５】
下記式（１）で定義される溶接割れ感受性指標Ｐｃｍが０．２５質量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の耐候性に優れた構造用鋼材。
Ｐｃｍ＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／３０＋[Ｍｎ]／２０＋[Ｃｕ]／２０＋[Ｎｉ]／６０＋[Ｃｒ]／２０＋[Ｍｏ]／１５＋[Ｖ]／１０＋５×[Ｂ] ・・・・・（１）
ここで、[Ｃ]、[Ｓｉ]、[Ｍｎ]、[Ｃｕ]、[Ｎｉ]、[Ｃｒ]、[Ｍｏ]、［Ｖ］、［Ｂ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の耐候性に優れた構造用鋼材を用いた鋼構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物に関し、特に海岸近傍などの高飛来塩分環境下で耐候性が要求される部材として好適な鋼材および鋼構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物においては、耐候性鋼が用いられている。耐候性鋼は、大気暴露環境において、Ｃｕ、Ｐ、Ｃｒ、Ｎｉなどの合金元素が濃化した保護性の高いさび層に表面が覆われることにより腐食速度が著しく低減する鋼材である。その優れた耐候性により、耐候性鋼を使用した橋梁は、しばしば無塗装のまま数十年間の供用に耐えることが知られている。
【０００３】
しかしながら、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境では、上記保護性の高いさび層は生成しにくく、実用的な耐候性が得難いことが知られている。
非特許文献１によれば、従来の耐候性鋼（JIＳ G 3114：溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）は、飛来塩分量が０．０５ｍｇ・ＮａＣｌ／ｄｍ２／ｄａｙ（以降、単位（ｍｇ・ＮａＣｌ／ｄｍ２／ｄａｙ）をｍｄｄにて表記する場合がある）以下の地域でのみ、無塗装使用可能となっている。従って、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境では、普通鋼材（JIＳ G ３１０６：溶接構造用圧延鋼材）に塗装等の防食措置を施して使用されている。
塗装は、時間の経過とともに塗膜が劣化し、定期的な補修が必要となる。加えて、人件費の高騰や、再塗装の困難さが加わる。このような理由から、現在、無塗装で使用可能な鋼材が求められ、無塗装使用可能な鋼材の要望が高い。
【０００４】
このような現状に対して、近年、海岸近傍などの高飛来塩分環境において無塗装で使用可能な鋼材として、種々の合金元素、特にＮｉを多量に含有させた鋼材が開発されている。
例えば、特許文献１では、耐候性向上元素として、Ｃｕと１質量％以上のＮｉを添加した高耐候性鋼材が開示されている。
また、特許文献２では、１質量％以上のＮｉとＭｏを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
また、特許文献３では、Ｎｉに加え、Ｃｕ、Ｔｉを添加した耐候性に優れた鋼材が開示されている。
また、特許文献４では、Ｎｉを多量に含有し、加えてＣｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐ等を含有した溶接構造用鋼材が開示されている。
【０００５】
一方、海岸近傍などの高飛来塩分環境における耐候性については言及していないが、船舶のバラストタンク等の海水の飛沫が直接かかる厳しい腐食環境にて用いられる耐食鋼材として、特許文献５には、ＷとＣｒを含有し、加えてＳｂ、Ｓｎ、Ｎｉ等を含有させた船舶用耐食鋼材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７８５２７１号公報（特開平１１−１７２３７０号公報）
【特許文献２】特許第３８４６２１８号公報（特開２００２−３０９３４０号公報）
【特許文献３】特許第３５６８７６０号公報（特開平１１−７１６３２号公報）
【特許文献４】特開平１０−２５１７９７号公報
【特許文献５】特開２００７−２５４８８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（XX）、第８８号、１９９３年３月、建設省土木研究所、（社）鋼材倶楽部、（社）日本橋梁建設協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２のように、Ｎｉの含有量を増加させた場合、合金コストの上昇により鋼材の価格が上昇してしまうという問題点がある。
また、特許文献３では、Ｎｉの含有量を低く抑え、さらにＣｕ、Ｔｉを添加しているが、本発明では他の添加元素について探索した。
また、特許文献４のように、Ｎｉの含有量を増加させ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐ等を含有した鋼材では、合金コストの上昇により鋼材の価格が上昇し、さらに、Ｐの含有量が高いために溶接性が低下する。
また、特許文献５に開示されている鋼材は用途が異なるため、要求される耐食性能が異なり、海岸近傍などの高飛来塩分環境における耐候性については述べられていない。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑み、低コストで、耐候性に優れた構造用鋼材および鋼構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために、高飛来塩分環境における耐候性の観点から鋼材の成分組成について鋭意検討した。その結果、Ｃｕ、Ｎｉを含有するベース鋼にＷとＳｎおよび／またはＮｂを複合含有することにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性が向上することを見出した。
【００１１】
図1は、表1に示す成分を有する鋼材について、乾湿繰り返し腐食試験を実施した結果である。乾湿繰り返し腐食試験は、上記鋼材から３５ｍｍ×３５ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取し、次いで、採取した試験片に対して、表面に付着する塩分量が０．２ｍｄｄとなるよう調整した人工海水溶液を週に一回、乾燥工程中に試験片の表面に塗布し、温度４０℃、相対湿度４０％ＲＨの乾燥工程を１１時間、温度を２５℃、相対湿度を９５％ＲＨの湿潤工程を１１時間、移行時間を1時間として、２４時間で１サイクルとし、１２週間（８４サイクル）行い、次いで、塩酸にヘキサメチレンテトラミンを加えた水溶液に試験片を浸漬して脱錆してから重量を測定した。図1における板厚減少量（単位はμｍ）は、試験片片面の平均板厚減少量であり、上記により得られた重量と初期重量との差を求めて、その値を試験片の試験対象部分の表面積で割った値である。さらに、同様の試験を1鋼種につき３回行い、その３回の測定の平均値を図１中、符号●にて示し、最大値と最小値をエラーバーにて示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
なお、これまでの知見から、本腐食試験における付着塩分量０．２ｍｄｄは飛来塩分量に換算すると約０．５ｍｄｄとなることがわかっており、飛来塩分量約０．５ｍｄｄは、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境に相当する。
また、試験により得られた平均板厚減少量から外挿により１００年後の腐食量を求めた場合、本腐食試験の期間にて得られる平均板厚減少量が１４μｍ以下であれば、１００年後の平均板厚減少量は層状剥離さびの発生が無い０．５ｍｍ以下となる。
一般に、無塗装耐候性鋼の橋梁への適用可否の目安は、１００年後の板厚減少量が０．５ｍｍ以下であることが知られているので、各種鋼材に対して本腐食試験を行い、得られる平均板厚減少量が１４μｍ以下であれば無塗装耐候性鋼の橋梁への適用が可となる。
以上より、図１において、平均板厚減少量が１４μｍ以下の鋼材に対して耐侯性が優れていると判定した。
【００１４】
図１の結果より、ベース鋼（鋼種Ｒ）にＷとＮｂを複合含有した鋼（鋼種Ｄ）、あるいはＷとＳｎを複合含有した鋼（鋼種Ｃ）は、平均板厚減少量が１４μｍよりも小さい値となり、従来の耐侯性鋼（鋼種Ｑ）、普通鋼（鋼種Ｓ）、他の元素の組合せ（鋼種Ａ、Ｂ、Ｅ〜Ｐ）と比較しても耐候性が格段に優れていることがわかる。また、鋼種Ｃ、Ｄと、Ｎｉ含有量の多い鋼種Ｔと比較した場合、鋼種Ｃ、Ｄの耐候性は鋼種Ｔの耐候性より優れている。
【００１５】
このように、鋼種Ｃ、Ｄが、Ｎｉ含有量が少ないにも拘わらず優れた耐候性を示した理由は下記のように推定される。
鋼種Ｃ、Ｄは、Ｎｉ含有量を少なくし、Ｃｕを含有し、Ｗ、Ｎｂおよび／またはＳｎを複合含有した鋼である。Ｃｕ、Ｎｉは、さび層を緻密化させ、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。Ｗは、アノード部において、さび層と地鉄の界面付近にＦｅとの複合酸化物を形成し、アノード反応を抑制する。また、Ｗ酸イオンとしてさび層に分布することによって、カチオン選択透過性を発現し、腐食促進因子である塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。Ｎｂは、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応、カソード反応を抑制する。Ｓｎは、Ｎｂと同様アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応、カソード反応を抑制する。ただし、これらの効果は単独含有では不十分であり、Ｃｕ、Ｎｉ、ＷとＮｂおよび／またはＳｎの複合含有による相乗効果により、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｎの腐食抑制効果が大きく向上すると推定される。
特に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗを複合含有した鋼（鋼種Ｕ）に、ＮｂまたはＳｎを含有させた鋼（鋼種Ｖ、Ｗ）と、ＮｂとＳｎの両方を含有させた鋼（鋼種Ｘ）と比較した場合、鋼種Ｘの耐候性は鋼種Ｖ、Ｗの耐候性よりも格段に優れていることがわかる。
鋼種Ｃ、Ｄ、Ｖ、およびＷのように、ＮｂとＳｎは、少なくともどちらか１種を含有させれば本発明の効果を奏することができる。しかし、ＮｂとＳｎの両方を含有させれば、鋼種Ｘに示すように、より顕著に耐候性を向上させる効果がある。
【００１６】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］質量%で、Ｃ：０．０２０％以上０．１４０％未満、Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下、P：０．００５％以上０．０３０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下、Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％未満、Ｗ：０．０５％以上１．００％以下を含有し、さらに、Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｓｎ：０．００５％以上０．２００％以下の１種または２種を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする耐候性に優れた構造用鋼材。
［２］前記［１］において、さらに、質量%で、Ｃｒ：０．１％超え１．０％以下を含有することを特徴とする耐候性に優れた構造用鋼材。
［３］前記［１］または［２］において、さらに、質量%で、Ｃｏ：０．０１％以上１．００％以下、Ｍｏ：０．００５％以上１．０００％以下、Ｓｂ：０．００５％以上０．２００％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．１０００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする耐候性に優れた構造用鋼材。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかにおいて、さらに、質量%で、Ｔｉ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｖ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｚｒ：０．００５％以上０．２００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．０１００％以下から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする耐候性に優れた構造用鋼材。
［５］前記［１］〜［４］のいずれかにおいて、下記式（１）で定義される溶接割れ感受性指標Ｐｃｍが０．２５質量％以下であることを特徴とする耐候性に優れた構造用鋼材。
Ｐｃｍ＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／３０＋[Ｍｎ]／２０＋[Ｃｕ]／２０＋[Ｎｉ]／６０＋[Ｃｒ]／２０＋[Ｍｏ]／１５＋[Ｖ]／１０＋５×[Ｂ]      ・・・・・（１）
ここで、[Ｃ]、[Ｓｉ]、[Ｍｎ]、[Ｃｕ]、[Ｎｉ]、[Ｃｒ]、[Ｍｏ]、［Ｖ］、［Ｂ］は、各元素の含有量（質量％）を示す。
［６］前記［１］〜［５］のいずれかに記載の耐候性に優れた構造用鋼材を用いた鋼構造物。
【００１７】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％は、すべて質量％である。また、本発明において、「耐候性に優れた」とは、０．５ｍｄｄ以下の高飛来塩分環境において適用可能な高耐候性を実用上満足する構造用鋼材である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低コストで、耐候性に優れた構造用鋼材および鋼構造物が得られる。
本発明の構造用鋼材は、耐候性向上に有効な元素を複合含有させることで、Ｎｉなどの高価な元素を多量に含有することなく低コストで、実用的な溶接性を有し、かつ海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境において優れた耐候性を有することができる。特に、飛来塩分量が０．０５ｍｄｄ超えの高飛来塩分環境で顕著な効果を有する。ただし、飛来塩分量の上限は０．５ｍｄｄ以下または付着塩分量の上限は０．２ｍｄｄ以下であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】表１に示す鋼種（鋼種Ａ〜Ｘ）と平均板厚減少量との関係を示す図である。
【図２】腐食試験の条件およびサイクルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明を詳細に説明する。
Ｃ：０．０２０％以上０．１４０％未満
Ｃは構造用鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するため０．０２０％以上含有する必要がある。一方、０．１４０％以上では溶接性および靭性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．０２０％以上０．１４０％未満とする。好ましくは、０．０６０％以上０．１００％以下である。
【００２１】
Ｓｉ：０．０５％以上２．００％以下
Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として、また、構造用鋼材の強度を向上させ所定の強度を確保する元素として、０．０５％以上含有する必要がある。一方、２．００％を超えて過剰に含有すると靭性および溶接性が著しく劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５％以上２．００％以下とする。好ましくは、０．１０％以上０．８０％以下である。
【００２２】
Ｍｎ：０．２０％以上２．００％以下
Ｍｎは構造用鋼材の強度を向上させる元素であり、所定の強度を確保するために０．２０％以上含有する必要がある。一方、２．００％を超えて過剰に含有すると靭性および溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎ含有量は０．２０％以上２．００％以下とする。好ましくは、０．２０％以上１．５０％以下である。
【００２３】
Ｐ：０．００５％以上０．０３０％以下
Ｐは構造用鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を得るためには０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．０３０％を超えて含有すると溶接性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．００５％以上０．０３０％以下とする。好ましくは、０．００５％以上０．０２５％以下である。
【００２４】
Ｓ：０．０００１％以上０．０２００％以下
Ｓは０．０２００％を超えて含有すると溶接性および靭性が劣化する。一方、含有量を０．０００１％未満まで低下させると、生産コストが増大する。したがって、Ｓ含有量は０．０００１％以上０．０２００％以下とする。好ましくは、０．０００３％以上０．００５０％以下である。
【００２５】
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下
Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素である。このような効果を得るため、Ａｌ含有量として０．００１％以上含有する必要がある。一方、０．１００％を超えると溶接性に悪影響を及ぼす。したがって、Ａｌ含有量は０．００１％以上０．１００％以下とする。好ましくは、０．０１０％以上０．０５０％以下である。なお、Ａｌ含有量は酸可溶Ａｌを測定した。
【００２６】
Ｃｕ：０．１０％以上１．００％以下
Ｃｕはさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果は含有量が０．１０％以上で得られる。一方、１．００％を超えるとＣｕ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｃｕ含有量は０．１０％以上１．００％以下とした。好ましくは、０．２０％以上０．５０％以下である。
なお、特許文献５は船舶用耐食鋼材に関するものである。船舶のバラストタンクの防食塗膜の寿命（一般に１０年）が、船舶の寿命（２０年）の半分であり、残りの１０年は補修塗装を行うことによって耐食性を維持しているという現状から、特許文献５に記載の船舶用耐食鋼材では、船舶のバラストタンク等の海水もしくはその飛沫が直接かかる厳しい腐食環境下において、鋼材の表面状態に左右されることなく優れた耐食性を発揮し、補修塗装までの期間の延長が可能となり、ひいては補修塗装の作業軽減を図ることを目的としている。これに対して、本発明の構造用鋼材は、橋梁などの屋外で用いられる鋼構造物に適用し、海岸近傍などの高飛来塩分環境において１００年後の板厚減少量が０．５ｍｍ以下であることを目的としており、特許文献５に記載の鋼材とは、鋼材を使用する環境と目的が大きく異なる。したがって、特許文献５に記載の鋼材ではＣｕを含有する必要はないが、本発明では、Ｃｕを含有し、緻密なさび層を形成させ、鋼材の耐侯性を向上させる必要がある。そのため、上記の通り、本発明において、Ｃｕは０．１０％以上含有するものとする。
【００２７】
Ｎｉ：０．１０％以上０．６５％未満
Ｎｉはさび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を充分に得るためには０．１０％以上含有する必要がある。一方、０．６５％以上であるとＮｉ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は０．１０％以上、０．６５％未満とする。好ましくは、０．１５％以上０．５０％以下である。
【００２８】
Ｗ：０．０５％以上１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．２００％以下および／またはＳｎ：０．００５％以上０．２００％以下
Ｗは、本発明において重要な要件であり、Ｎｂおよび／またはＳｎと共存することにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。また、鋼材のアノード反応に伴ってＷＯ４２−が溶出し、さび層中にＷＯ４２−として分布することによって、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを静電的に防止する。さらに、鋼材表面にＷを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を充分に得るためには、０．０５％以上含有する必要がある。一方、１．００％を超えるとＷ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｗ含有量は０．０５％以上１．００％以下とする。好ましくは、０．１０％以上０．７０％以下である。
【００２９】
Ｎｂは、本発明において重要な要件であり、Ｗと共存することにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。また、アノード部においてさび層と地鉄の界面付近に濃化し、アノード反応、カソード反応を抑制する。これらの効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると靭性の低下を招く。したがって、Ｎｂ含有量は０．００５％以上０．２００％以下とする。好ましくは、０．０１０％以上０．０３０％以下である。
【００３０】
Ｓｎは、本発明において重要な要件であり、Ｗと共存することにより、高飛来塩分環境における鋼材の耐候性を著しく向上させる効果がある。また、鋼材表面にＳｎを含む酸化皮膜を形成し、鋼材のアノード反応、カソード反応を抑制することで構造用鋼材の耐候性を向上させる。これらの効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると鋼の延性や靭性の劣化を招く。したがって、Ｓｎ含有量は０．００５％以上０．２００％以下とする。好ましくは、０．０１０％以上０．０５０％以下である。
また、ＮｂとＳｎは、少なくともどちらか1種を含有させれば本発明の効果を奏することができる。しかし、ＮｂとＳｎの両方を含有させれば、より顕著に耐候性を向上させる効果がある。ＮｂとＳｎの両方を含有させる効果の理由は、明らかではないが、乾燥過程と湿潤過程が繰り返す環境において、ＮｂとＳｎが顕著に効果を発揮する条件（例えば、気温、相対湿度、またはさび中の塩分濃度等の環境）が異なるために、ＮｂとＳｎが、それぞれの効果を補完し合うことにより、より顕著に耐候性を向上させたためであると考えている。また、鋼材の機械的性質、溶接性などを確保する上で、耐候性を劣化させずにＮｂ、Ｓｎの添加量をそれぞれ低減することが可能であるという利点もある。このような理由から、ＮｂとＳｎの両方を含有することは、好ましい発明形態となる。
【００３１】
残部はＦｅおよび不可避的不純物である。ここで不可避的不純物として、Ｎ：０．０１０ ％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｃａ：０．００１０％以下が許容できる。また、不可避的不純物として含有するＣａは、鋼中に多量に存在すると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため０．００１０％以下が好ましい。
【００３２】
上記成分元素に加えて、以下の合金元素を必要に応じて添加することができる。
Ｃｒ：０．１％超え１．０％以下
Ｃｒは、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、耐侯性を向上させる元素であり、この効果を充分に得るためには、０．１％超えで含有する必要がある。一方、１．０％を超えると、溶接性の低下を招く。したがって、含有する場合、Ｃｒ含有量は０．１％超え１．０％以下、好ましくは、０．２％以上０．７％以下である。
【００３３】
さらに本発明では、以下の理由で、Ｃｏ、Ｍｏ、ＳｂおよびＲＥＭから選ばれる１種以上を含むことができる。
Ｃｏ：０．０１％以上１．００％以下
Ｃｏはさび層全体に分布し、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。このような効果を充分に得るためには、０．０１％以上含有する必要がある。一方、１．００％を超えるとＣｏ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、含有する場合、Ｃｏ含有量は０．０１％以上１．００％以下、好ましくは、０．１０％以上０．５０％以下である。
【００３４】
Ｍｏ：０．００５％以上１．０００％以下
Ｍｏは、鋼材のアノード反応に伴ってＭｏＯ４２−が溶出し、さび層中にＭｏＯ４２−が分布することで、腐食促進因子の塩化物イオンがさび層を透過して地鉄に到達するのを防止する。また、鋼材表面にＭｏを含む化合物が沈殿することで、鋼材のアノード反応を抑制する。これらの効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、１．０００％を超えるとＭｏ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、含有する場合、Ｍｏ含有量は０．００５％以上１．０００％以下、好ましくは、０．１００％以上０．５００％以下である。
【００３５】
Ｓｂ：０．００５％以上０．２００％以下
Ｓｂは鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応を抑制することで構造用鋼材の耐候性を向上させる元素である。このような効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、含有する場合、Ｓｂ含有量は０．００５％以上０．２００％以下、好ましくは、０．０１０％以上０．０５０％以下である。
【００３６】
ＲＥＭ：０．０００１％以上０．１０００％以下
ＲＥＭはさび層全体に分布し、さび粒を微細化することで緻密なさび層を形成し、構造用鋼材の耐候性を向上させる効果を有する。この効果を充分に得るためには、０．０００１％以上含有する必要がある。一方、０．１０００％を超えるとその効果は飽和する。したがって、含有する場合、ＲＥＭ含有量は０．０００１％以上０．１０００％以下、好ましくは、０．００１０％以上０．０１００％以下である。
【００３７】
さらに本発明では、以下の理由で、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、ＢおよびＭｇから選ばれる１種以上を含むことができる。
Ｔｉ：０．００５％以上０．２００％以下
Ｔｉは、強度を高めるために必要な元素である。この効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、含有する場合、Ｔｉ含有量は０．００５％以上０．２００％以下、好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
【００３８】
Ｖ：０．００５％以上０．２００％以下
Ｖは、強度を高めるために必要な元素である。この効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると効果が飽和する。したがって、含有する場合、Ｖ含有量は０．００５％以上０．２００％以下、好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
【００３９】
Ｚｒ：０．００５％以上０．２００％以下
Ｚｒは、強度を高めるために必要な元素である。この効果を充分に得るためには、０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．２００％を超えると効果が飽和する。したがって、含有する場合、Ｚｒ含有量は０．００５％以上０．２００％以下、好ましくは、０．０１０％以上０．１００％以下である。
【００４０】
Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下
Ｂは、強度を高めるために必要な元素である。この効果を充分に得るためには、０．０００１％以上含有する必要がある。一方、０．００５０％を超えると靭性の劣化を招く。したがって、含有する場合、Ｂ含有量は０．０００１％以上０．００５０％以下、好ましくは、０．０００５％以上０．００２０％以下である。
【００４１】
Ｍｇ：０．０００１％以上０．０１００％以下
Ｍｇは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性向上に有効な元素である。この効果を充分に得るためには、０．０００１％以上含有する必要がある。一方、０．０１００％を超えると鋼中の介在物の量が増加しかえって靭性の劣化を招く。したがって、含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上０．０１００％以下、好ましくは、０．０００５％以上０．００２０％以下である。
【００４２】
Ｐｃｍ  ：０．２５質量％以下
また、溶接での低温割れを防止し、溶接施工時の予熱温度を５０℃以下と実操業上問題のないレベルにするためには、下記式で定義される溶接割れ感受性指標Ｐｃｍが０．２５質量％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、０．２０質量％以下である。
Ｐｃｍ＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／３０＋[Ｍｎ]／２０＋[Ｃｕ]／２０＋[Ｎｉ]／６０＋[Ｃｒ]／２０＋[Ｍｏ]／１５＋[Ｖ]／１０＋５×[Ｂ]
なお、[Ｃ]、[Ｓｉ]、[Ｍｎ]、[Ｃｕ]、[Ｎｉ]、[Ｃｒ]、[Ｍｏ]、［Ｖ］、［Ｂ］：各元素の含有量（質量％）を示す。
【００４３】
本発明の耐候性に優れた構造用鋼材は、上記成分組成を有する鋼を通常の連続鋳造や分塊法により得られたスラブを熱間圧延することにより厚板や形鋼、薄鋼板、棒鋼等の鋼材に製造され、得られる。加熱、圧延条件は、要求される材質に応じて適宜決定すればよく、制御圧延、加速冷却、あるいは再加熱熱処理等の組合せも可能である。
【００４４】
また、以上により得られる構造用鋼材を鋼構造物の構造部材として用いることで、海岸近傍などの飛来塩分量が多い環境において優れた耐候性を有する鋼構造物とすることができる。
【実施例】
【００４５】
表２に示す化学組成の鋼を溶製し、１１５０℃に加熱した後、熱間圧延を行い、室温まで空冷して厚さ６ｍｍの鋼板を試作した。次いで、得られた鋼板から３５ｍｍ×３５ｍｍ×５ｍｍの試験片を採取した。試験片は、表面を表面粗さＲａが１．６μｍ以下となるよう研削加工し、端面、裏面をテープシールし、表面露出部の面積が２５ｍｍ×２５ｍｍとなるよう表面もテープシールした。
【００４６】
以上により得られた試験片について、乾湿繰り返し腐食試験を行い、耐候性を評価した。
耐候性の評価試験としては、実際の橋梁などの構造物において最も厳しい環境と考えられる、雨掛かりの無い桁内部の環境を模擬した腐食試験を行った。腐食試験の条件は以下の通りである。温度４０℃、相対湿度４０％ＲＨの乾燥工程を１１時間、その後、移行時間を1時間とった後、温度を２５℃、相対湿度を９５％ＲＨの湿潤工程を１１時間として、その後1時間移行時間をとり、合計２４時間で１サイクルとし、実環境の温湿度サイクルを模擬した。また、試験片表面に付着する塩分量が０．２ｍｄｄとなるよう調整した人工海水溶液を週に一回、乾燥工程中に試験片の表面に塗布した。この条件にて、１２週間で８４サイクルの試験を行った。上記腐食試験の条件およびサイクルを模式的に図２に示す。
また、腐食試験終了後、試験片を塩酸にヘキサメチレンテトラミンを加えた水溶液に浸漬して脱錆してから重量を測定し、得られた重量と初期重量との差を求めて片面の平均板厚減少量を求めた。この平均板厚減少量が１４μｍ以下であれば、耐侯性が優れていると評価した。
【００４７】
さらに、上記試験片について、溶接性を評価した。評価方法として、溶接部の低温割れ感受性を調べるｙ形溶接割れ試験を実施して、溶接割れ防止予熱温度を求めた。この溶接割れ防止予熱温度が高い場合には、溶接性に劣っていると評価した。
【００４８】
以上により得られた腐食試験結果および溶接性評価結果を成分組成と併せて表２に示す。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
本発明例（鋼種No.１〜２５）では、板厚減少量は１１．８〜１３．８μｍであり、優れた耐候性を有している。ただし、No.２５は、優れた耐候性を有しているものの、Ｐｃｍが０．２５質量％を超えたために、溶接割れ防止予熱温度が１００℃と高く、溶接性に劣っている。
特に、ＮｂとＳｎの両方を含有させた鋼種No.７は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗと、ＮｂあるいはＳｎの添加量がほぼ同等で、ＮｂあるいはＳｎのいずれか１種を含有させた鋼種No.２、５に比べ、より顕著に耐候性が向上している。同様に、ＮｂとＳｎの両方を含有させた鋼種No.８は、鋼種No.１、４に比べ、より顕著に耐候性が向上している。同様に、ＮｂとＳｎの両方を含有させた鋼種No.１１と１２は、鋼種No.１０に比べ、耐候性が向上している。
【００５１】
一方、本発明で規定する範囲から外れる比較例（鋼種No.２６〜４２）では、板厚減少量が１４．３〜１７．７μｍと本発明例に比べ大きく耐候性が劣っていることがわかる。また、比較例（鋼種No.４１およびNo.４２）は、板厚減少量が１４．０μｍ、１２．５μｍと耐候性が優れているが、Ｎｉを多く含有しているため、合金コストが上昇し、鋼材の価格が高い。また、比較例鋼種No.４２は、Ｐｃｍが０．２５質量％を超えたために、溶接割れ防止予熱温度が１００℃と高く、溶接性に劣っている。
【図１】
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【図２】
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